(57)【要約】      （修正有）【課題】  遊星歯車支持用軸受で起きるミスアライメントをベンチ試験でシミュレートできる性能評価試験機を提供する。【解決手段】  供試軸受１を外嵌させる主軸２と、基端側の主軸支持台３と、調整側の主軸支持台４と、負荷軸受機構部８と、荷重負荷装置１２と、回転駆動装置１６とで構成する。主軸支持台３は基台５上に設けられ、主軸２の一端を固定して供試軸受１に対するミスアライメント付与用の傾きが自在である。調整側の主軸支持台４は基台５上に設けられ、主軸２の他端を固定して上記傾きの付与が可能である。負荷軸受機構部８は、転動体９を介して互いに回転自在なリング状の内方部材１０および外方部材１１を有し、内方部材１０が供試軸受１の外周に嵌合する。荷重負荷装置１２は、負荷軸受機構部８の外方部材１１に主軸２の軸心と直交するラジアル方向の負荷Ｐ１を与える。回転駆動装置１６は、負荷軸受機構部８の内方部材１０を回転駆動する。【選択図】      図１
2005055271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊星歯車支持用の転がり軸受とされる供試軸受を試験する性能評価試験機であって、供試軸受を外嵌させる主軸と、基台上に設けられ上記主軸の一端を固定して上記供試軸受に対するミスアライメント付与用の傾きが自在な基端側の主軸支持台と、上記基台上に設けられ上記主軸の他端を固定して上記傾きの付与が可能な調整側の主軸支持台と、転動体を介して互いに回転自在なリング状の内方部材および外方部材を有し上記内方部材が上記供試軸受の外周に嵌合する負荷軸受機構部と、この負荷軸受機構部の外方部材に主軸の軸心と直交するラジアル方向の負荷を与える荷重負荷装置と、上記負荷軸受機構部の内方部材を回転駆動する回転駆動装置とを備えることを特徴とする遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機。
【請求項２】
請求項１において、負荷軸受機構部に嵌合させる供試軸受の配列の幅中心と負荷軸受機構部の幅中心とが一致するものとした遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、上記荷重負荷装置によって負荷を与える上記ラジアル方向を、上記ミスアライメント付与用の傾きが自在な方向に一致する方向とした遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、上記基端側の主軸支持台は、上記傾きが自在なように基端付近で上記基台に対して回動自在に支持されたものであり、上記調整側の主軸支持台は、ミスアライメント量の調整用のスペーサを介して上記基台上に設置されたものであり、上記荷重負荷装置は、駆動源により直線的に進退駆動される進退部材と上記外方部材とを回動自在に連結したものである遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電用増速機や、その他各種の機器に使用される遊星歯車を支持する軸受の性能評価を行う試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電機の増速機は、遊星歯車装置や２次増速装置等を備えており（例えば非特許文献１）、多くの軸受が使用されている。その中でも遊星歯車支持用軸受は、キャリアの捩れによる遊星軸の傾き、つまりミスアライメントにより軸受にもミスアライメントが作用し、最も過酷な条件下で使用される。軸受にミスアライメントが作用すると、温度が高くなり、転動体にかじりが発生するなどして、耐久性を低下させる。
【０００３】
図と共に風力発電用増速機の一例を説明すると、図３に示すように、入力軸３１の回転を増速して低速軸３２に伝達する遊星歯車装置３３と、低速軸３２の回転をさらに増速して出力軸３４に伝達する２次増速装置３５とを備える。遊星歯車装置３３および２次増速装置３５は、共通のケーシング３６内に設けられている。入力軸３１は風車（図示せず）の主軸（図示せず）等に接続され、出力軸３４は発電機（図示せず）に接続される。
【０００４】
遊星歯車装置３３は、旋回自在なキャリア３７の周方向複数箇所（図４参照）に遊星軸４０が片持状に設けられ、各遊星軸４０に遊星歯車３８が転がり軸受３９を介して回転自在に支持されている。キャリア３７に支持された各遊星歯車３８は、ケーシング３６に設けられた内歯のリングギヤ４２に噛み合い、且つこのリングギヤ４２と同心位置に回転自在に設けられた太陽歯車４３に噛み合う。太陽歯車４３の回転が、遊星歯車装置３３の出力となり、２次増速装置３５の低速軸３２の回転となる。
【０００５】
各遊星歯車３３を支持する転がり軸受３９には、円筒ころ軸受や、自動調心ころ軸受、玉軸受など、種々の軸受が使用されるが、例えば、図５に拡大して示すように、複列の転動体４４を有するころ軸受が用いられる。この転がり軸受３９を２個並べて配置して遊星歯車３８の１つが支持される。
【０００６】
このような遊星歯車機構３３では、キャリア３７の捩じれにより、遊星軸４０に傾き（ミスアライメント）が生じ、これに起因して上記転がり軸受３９にもミスアライメントが作用する。そのため、転がり軸受３９は過酷な条件で使用されることになる。転がり軸受３９にミスアライメントが作用すると軸受温度が上昇し、転動体４４にかじりが発生するするなどして、耐久性を低下させる。風車では、例えば２０数年という長い年月をメンテナンスフリーで運転することが要求されることがあり、その歯車支持用軸受には高い性能が求められる。
【０００７】
そこで、このような遊星歯車装置３３に用いられる転がり軸受３９の性能を評価する必要があり、従来は図６に示す構成の試験機を用いて評価していた。この試験機は、支持台５３に支持される主軸５２に対して、供試軸受５１を介してリング状の回転部材５４を回転自在に支持させる。また、片方の供試軸受５１に対応する回転部材５４の外周面部分に回転ローラ５５を押し当てて負荷Ｐを与え、これにより供試軸受５１にミスアライメントを生じさせる。この状態で回転ローラ５５の回転駆動により、回転部材５４を回転させ、このときの供試軸受５１の性能評価を行う。この試験機は、遊星歯車支持用軸受では外輪回転で使用されるため、この外輪回転とミスアライメントを模して評価を行おうとするものである。
【非特許文献１】機械設計第４６巻第１３号（２００２年９月号）の第９０〜９６頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の図６の構成の試験機は、２個の供試軸受５１に外嵌させた回転部材５４に偏り位置で回転ローラ５５を押し当てることで、外輪回転とミスアライメントを模すものであるが、モーメント負荷Ｐによってミスアライメントを生じさせることになる。そのため、実際の遊星歯車支持用の軸受３９で起きるミスアライメント発生時の軸受負荷状態とは異なり、得られるデータの信頼性において十分でない場合があった。
【０００９】
この発明の目的は、遊星歯車支持用軸受の実機で起きる状態と同様なミスアライメントおよび荷重負荷状態を生じさせて試験することができて、信頼性の高いデータを得ることのできる遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機は、遊星歯車支持用の転がり軸受のサンプルである供試軸受を試験する性能評価試験機であって、供試軸受を外嵌させる主軸と、基台上に設けられ上記主軸の一端を固定して上記供試軸受に対するミスアライメント付与用の傾きが自在な基端側の主軸支持台と、上記基台上に設けられ上記主軸の他端を固定して上記傾きの付与が可能な調整側の主軸支持台と、転動体を介して互いに回転自在なリング状の内方部材および外方部材を有し上記内方部材が上記供試軸受の外周に嵌合する負荷軸受機構部と、この負荷軸受機構部の外方部材に主軸の軸心と直交するラジアル方向の負荷を与える荷重負荷装置と、上記負荷軸受機構部の内方部材を回転駆動する回転駆動装置とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この構成によると、片方の主軸支持台を傾き自在とし、もう片方の主軸支持台で主軸を傾き状態に支持するようにしたため、主軸に所望のミスアライメント量となる傾きを付与することができる。主軸に傾きを付与しただけでは、供試軸受の内輪だけでなく外輪も同様に傾くので、供試軸受にミスアライメントが作用しないが、供試軸受の外周に嵌合させた荷軸受機構部の外方部材に、荷重負荷装置によって主軸の軸心と直交するラジアル方向の負荷を与えるようにしたため、供試軸受の外輪だけは水平に戻され、供試軸受に実機である遊星歯車支持用転がり軸受と同様のミスアライメント状態を付与できる。この状態で、回転駆動装置を作動させることにより、遊星歯車支持用軸受で起きるミスアライメント状態を正しく模することができて、ミスアライメントが作用することによる軸受性能に及ぼす影響度が試験で確認できる。そのため、信頼性の高いデータを得ることができる。
【００１２】
この発明の遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機は、負荷軸受機構部に嵌合させる供試軸受の配列の幅中心と負荷軸受機構部の幅中心とが一致するものとしても良い。負荷軸受機構部に嵌合させる供試軸受が１個の場合は、その１個の幅中心が供試軸受の配列の幅中心である。このように供試軸受と負荷軸受機構部との幅中心を一致させることで、供試軸受に偏りなくラジアル方向負荷を与えることができて、より正しく供試軸受の性能評価が行える。
【００１３】
また、この発明の遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機は、上記荷重負荷装置によって負荷を与える上記ラジアル方向を、上記ミスアライメント付与用の傾きが自在な方向に一致させてもよい。この発明の性能評価試験機において、荷重負荷装置によって負荷を与えるラジアル方向とミスアライメント付与用の傾き自在方向とを異ならせることも可能である。しかし、遊星歯車装置において、遊星歯車支持用軸受に生じるミスアライメントの傾きが自在な方向と、その軸受に作用するラジアル荷重の方向とは一般的には一致するため、この性能評価試験機においても上記方向を揃えることで、実際の遊星歯車支持用軸受により近いミスアライメントおよび荷重付与状態を再現して性能評価できる。
【００１４】
この発明の遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機は、例えば、上記基端側の主軸支持台が、上記傾きが自在なように基端付近で上記基台に対して回動自在に支持されたものであり、上記調整側の主軸支持台が、ミスアライメント量の調整用のスペーサを介して上記主軸支持台上に設置されたものであり、上記荷重負荷装置が、駆動源により直線的に進退駆動される進退部材と上記外方部材とを回動自在に連結したものであってもよい。
【００１５】
この構成の場合、スペーサの厚みの選択により、ミスアライメント量の調整が行える。また、上記基端側の主軸支持台が基端付近で回動自在に支持されたものであり、かつ直線的に進退駆動される進退部材と負荷軸受機構部の外方部材とを回動自在に連結したものであるため、モーメント荷重を生じさせることなく、供試軸受にミスアライメントを生じさせてラジアル負荷が作用する状態を模擬することができ、より一層正しく性能評価が行える。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機は、供試軸受を外嵌させる主軸と、基台上に設けられ上記主軸の一端を固定して上記供試軸受に対するミスアライメント付与用の傾きが自在な基端側の主軸支持台と、上記基台上に設けられ上記主軸の他端を固定して上記傾きの付与が可能な調整側の主軸支持台と、転動体を介して互いに回転自在なリング状の内方部材および外方部材を有し上記内方部材が上記供試軸受の外周に嵌合する負荷軸受機構部と、この負荷軸受機構部の外方部材に上記ミスアライメント付与状態の主軸の軸心と直交するラジアル方向の負荷を与える荷重負荷装置と、上記負荷軸受機構部の内方部材を回転駆動する回転駆動装置とを備えるものとしたため、遊星歯車支持用軸受の実機で起きる状態と同様なミスアライメントおよび荷重負荷状態を生じさせて試験することができて、信頼性の高いデータが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。図１は、遊星歯車装置における遊星歯車の支持に用いられる転がり軸受である供試軸受を試験する性能評価試験機の一部破断側面図を示し、図２はその試験機の背面図を示す。この性能評価試験機は、供試軸受１を外嵌させる主軸２を有し、主軸２の一端は基端側の主軸支持台３に固定され、他端は調整側の主軸支持台４に固定されている。両主軸支持台３，４は、共に基台５上に設けられている。基端側の主軸支持台３は、供試軸受１に対するミスアライメント付与用の傾きが自在となるように、主軸２を支持するものである。調整側の主軸支持台４は、上記傾きの付与が可能なように主軸２の支持高さ位置を調整可能なものである。具体的には、主軸支持台３は、基台５に立設された支持台基部３ａと、上部に主軸２の一端が固定され、下端が支持台基部３ａに支軸６を介して回動自在に連結された支持台主部３ｂとで構成される。主軸２の軸心は、支軸６の軸心に垂直な面内に位置する。調整側の主軸支持台４は、ミスアライメント量を調整するためのスペーサ７を介して基台５上に設置される。この主軸支持台４は、基台５との間に上記スペーサ７を挟み込んだ状態で基台５にボルト２２等で固定される。
【００１８】
供試軸受１は、例えば、図３および図４に示した風力発電機用増速機の遊星歯車装置３３における、遊星歯車３８を支持する転がり軸受３９のサンプルとされる。
【００１９】
供試軸受１には、負荷軸受機構部８を外嵌させる。負荷軸受機構部８は、リング状の内方部材１０および外方部材１１の間に複数の負荷軸受９を軸方向に並べて介在させたものである。負荷軸受９は、ころ軸受等の転がり軸受からなり、内輪９ａと外輪９ｂの間に転動体９ｃが介在したものである。内輪９ａは内方部材１０の外周に、外輪９ｂは外方部材１１の内周に嵌合させる。したがって負荷軸受機構部８は、負荷軸受９における転動体９ｃを介して内方部材１０と外方部材１１とが互いに回転自在なものとなる。なお負荷軸受機構部８は、負荷軸受９を用いる代わりに、単独の軸受とされたもの、すなわち内方部材１０と外方部材１１の間に転動体が直接に介在したものであっても良い。
【００２０】
内方部材１０は、供試軸受１に対するハウジングとなる部材であり、供試軸受１の外周に嵌合する。供試軸受１の配列の幅中心と負荷軸受機構部８の幅中心とは一致させる。なお、機能的に見て、内方部材１０は、図３および図４における遊星歯車装置３３の遊星歯車３８に対応する部材となり、主軸２は遊星軸４０に対応する部材となる。
【００２１】
負荷軸受機構部８の外方部材１１には荷重負荷装置１２が連結される。荷重負荷装置１２は、負荷軸受機構部８の外方部材１１に主軸２の軸心と直交するラジアル方向の負荷を与える手段であって、駆動源１３により直線的に進退駆動される進退部材１４と、上記外方部材１１とを連結軸１５を介して回動自在に連結したものである。荷重負荷装置１２によって負荷を与えるラジアル方向は、ミスアライメント付与用の傾きが自在な方向（ここでは上下方向）に一致する方向とされる。上記駆動源１３は基台５上に設置された油圧シリンダからなる。
【００２２】
負荷軸受機構部８の内方部材１０は、入力プーリ２１を介して、図２に示す回転駆動装置１６によって回転駆動される。この回転駆動装置１６は、基台５に設置されたモータからなり回転駆動源１７と、この回転駆動源１７の回転出力を減速する減速機構１８と、上記主軸２の外周に遊嵌して内方部材１０に結合された入力プーリ２１とで構成される。減速機構１８における出力プーリ１９の回転は、無端ベルト２０を介して入力プーリ２１に伝達される。
【００２３】
次に、この構成の性能評価試験機による供試軸受１の試験手順を説明する。先ず、この試験機に上記したように供試軸受１を装着し、調整側の主軸支持台４と基台５との間に調整用のスペーサ７を介在させることで、主軸２に所望のミスアライメント量となる傾きを付与する。このとき、基端側の主軸支持台３は、支軸６回りに自由に回動して主軸２にミスアライメント量を付与することができる。ミスアライメント量は、種々異なる厚みのスペーサ７に交換することで調整が可能であり、スペーサ７を無くすことで、ミスアライメント量を零にできる。主軸２に傾きを付与しただけでは、供試軸受１の内輪だけでなく外輪も同様に傾くので、供試軸受１にミスアライメトが作用しない。そこで、荷重負荷装置１２により、負荷軸受機構部８の外方部材１１にラジアル方向（ここでは垂直下向き）の負荷Ｐ１を与えるようにしている。これにより、供試軸受１の外輪だけは水平に戻され、供試軸受１に実機である図３の遊星歯車３８の支持用転がり軸受３９と同様のミスアライメント量を付与できる。この状態で、回転駆動装置１６を作動させることで、遊星歯車支持用軸受で起きるミスアライメントをベンチ試験でシミュレートでき、かつ信頼性の高いデータを得ることができる。すなわち、上記作動状態で供試軸受１を評価することで、理論検討結果を実験により検証することができる。また、ミスアライメントが作用することにより軸受機能に及ぼす影響度も実験により確認できる。
【００２４】
また、上記実施形態では、上記供試軸受１と負荷軸受機構部８との幅中心が一致し、荷重負荷装置１２は、供試軸受１に上記ラジアル方向の負荷を与えるものとしているので、供試軸受１に偏りなくラジアル方向負荷を与えることができて、より正しく供試軸受１の性能評価が行える。
【００２５】
さらに、上記実施形態では、荷重負荷装置１２によって負荷を与えるラジアル方向を、ミスアライメント付与用の傾きが自在な方向に一致する方向としているので、実機の遊星歯車機構における遊星歯車支持用軸受に対して、より近いミスアライメントおよび荷重付与状態を再現して性能評価することができる。
【００２６】
また、この性能評価試験機は、基端側の主軸支持台３が傾き自在に支持され、調整側の主軸支持台４がスペーサ７を介して設置され、また荷重負荷装置１２が駆動源により直線的に進退駆動される進退部材１４と負荷軸受機構部８の外方部材１０とを回動自在に連結したものであるため、スペーサ７の厚みの選択により、ミスアライメント量の調整が自由に行え、またモーメント荷重を生じさせることなく、供試軸受１にミスアライメントを生じさせてラジアル負荷が作用する状態を模擬することができ、より一層正しく性能評価が行える。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の一実施形態にかかる遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機を示す部分破断側面図である。
【図２】同性能評価試験機の側面図である。
【図３】遊星歯車装置を備えた風力発電機用増速機の破断側面図である。
【図４】同増速機における遊星歯車装置の破断正面図である。
【図５】複列円筒ころ軸受の破断図である。
【図６】従来例の破断側面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…供試軸受
２…主軸
３…基端側の主軸支持台
４…調整側の主軸支持台
５…基台
７…スペーサ
８…負荷軸受機構部
９…転動体
１０…内方部材
１１…外方部材
１２…荷重負荷装置
１６…回転駆動装置
【図１】
2005055271.tif 000003
【図２】
2005055271.tif 000004
【図３】
2005055271.tif 000005
【図４】
2005055271.tif 000006
【図５】
2005055271.tif 000007
【図６】
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